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本合集上篇文章已经介绍了各种新型储能技术的工作原理和特点，其中锂电池储能系统(BESS)装机量占据绝对优势。本文将介绍电池储能系统的核心组成、分层架构、工作原理，以及集中式与组串式两种主流技术路线的差异与应用前景。

01 电池储能系统组成和关键设备

按照应用场景和规模，电池储能系统大致可以分为大储（固定建筑式、预制舱式）、工商储（户外一体柜）、户储（即家储）。

户储较为简单紧凑，大储和工商储系统架构大致相同，基本组成为：电池组单元、能量管理系统（EMS）、电池管理系统（BMS）、储能变流器（PCS）及其他设备（集装箱、汇流、配电、温控、消防、视频监控、照明、箱内电缆等辅助系统）。

主要分为四大系统：

（1）电池系统

电池系统是最核心的模块，承担能量存储与释放的核心功能，其性能直接影响系统整体效率。一般采用多级结构设计：电芯-模组-电池包-电池簇-电池堆。

电池单元：单个电芯，是系统最小能量存储单元，通过串并联组成电池模块

电池模块：由数十至数百个电池单元组成，具备标准化封装和接口

电池簇：由多个电池模块串联构成，形成具有一定电压等级的储能单元

电池堆：由多个电池簇并联构成，实现兆瓦级储能容量

电池系统和其他电气、消防的设备都需要安装承载平台，该平台需满足应用现场环境要求的物理、化学防护等要求。一般分为固定建筑式及预制舱式两种，其中预制舱一般指集装箱式、户外柜式两种。

（2）电池管理系统（BMS）

BMS是连接电池和用户的重要纽带，负责实时监测电池组的性能和工作状态，确保电池的使用安全、高效，延长电池的使用寿命等。一般包括数据采集模块、保护模块、均衡模块、通信模块等。

由于电芯数量众多，集装箱储能系统一般采用三层BMS管理架构：

①BMU (包级管理单元)

BMU作为最底层的监控单元，负责单体电芯级别的精细化管理，通过CAN协议向上级BMS实时传递以上信息，能够控制单体电芯的电压均衡性。

②BCMU (簇级管理单元)

作为中间层管理单元，负责电池簇级别的综合管理与控制。

③BAMU (舱级管理单元)

作为最高层管理单元，负责整个储能舱的全局协调与系统联动。

（3）储能变流器（PCS）

作为BESS的另一个关键设备，PCS在整舱成本占比约为20%，仅次于锂电池（约60%）。PCS主要负责电能的转换与功率控制：

双向变流功能：将电池的直流电(DC)转换为电网所需的交流电(AC)，并可在电池充电时反向操作

充放电控制：根据系统需求精确控制充放电功率和电流，提高电网稳定性和系统效率

并网/离网切换：支持系统在并网和离网模式间无缝切换(<10ms)，确保敏感负载持续供电

功率调节：提供有功/无功功率双向调节能力，参与电网调频、电压稳定等辅助服务

大储升压变流一体式PCS

PCS的集成形式主要有两种：

① 升压变流一体式设计，即将PCS和升压变压器集成在同一舱体内，使储能电站主要组成部分变为“升压变流一体舱”+“电池集装箱”形式。

② 电池变流一体式设计，即将PCS和电池集装箱集成在同一舱体内。

（4）能量管理系统(EMS)

EMS是一套集监控、控制、分析和优化于一体的软硬件智能系统，专门用于能源系统的管理。EMS通过储能系统设备(PCS、BMS、电表、消防、空调等)数据采集、数据分析展示以及能量调度，控制整个储能系统有序、稳健运行。

简单来说，EMS就是电池储能系统的"大脑"，控制和管理储存的电能。

数据采集与分析：整合BMS、PCS、电网及外部环境数据，进行实时分析与预测

运行策略制定：根据电价波动、负荷需求、可再生能源出力等信息，动态优化充放电策略

经济性优化：通过峰谷电价套利、辅助服务收益等提升系统经济性，降低平准化度电成本(LCOS)

安全保护策略：制定系统级安全保护策略，确保系统在各种工况下安全稳定运行

（5）辅助系统与电气设备

电池储能系统还包括多种辅助系统和电气设备，确保系统安全稳定运行：

热管理系统：控制电池温度，防止过热或低温影响电池性能和安全，如华为首创的正压阻氧+定向排烟联合防御机制

电源管理系统：为系统提供可靠的电源供应和保护，配备高性能电涌保护器和UPS

消防系统：预防和应对电池热失控，如青海弘柳储能电站应用的PACK级全氟己酮消防系统

电气设备：包括交流面板、直流汇流柜、变压器等，实现系统与电网的可靠连接

02 电池系统架构和工作原理

以"削峰填谷"场景为例，电池储能系统的工作步骤如下：

步骤 1：电网需求感知（控制层）

本地控制器接收EMS指令："14:00-18:00电价高，需放电"

同时接收BMS数据："当前SOC=75%，电池簇1-3状态正常"

步骤 2：指令下发（控制层→执行层）

本地控制器生成指令："启动PCS，以80%额定功率放电"

通过CAN总线发送至PCS和BMS

步骤 3：功率转换与安全协同（执行层）

步骤 4：系统闭环验证（感知层→控制层）

BMS检测到SOC降至40% → 发送"放电完成"信号至本地控制器

本地控制器更新EMS策略："启动充电，电价低谷时段（23:00-5:00）"

系统进入下一循环

03 集中式和组串式架构

（1）集中式架构

集中式是目前大储常用的方案。由多个电池组并联后，通过一台集中式电池管理系统进行统一管理，同时搭配一台或多台PCS，将直流电转换成交流电，然后经变压器升压后接入电网。

优点：

初始投资低：大功率PCS单位成本更低，直流侧设备（汇流柜、线缆等）用量少。

占地面积小：设备集中布局，适合土地资源紧张的场景。

缺点：

“木桶效应”严重：电池簇并联后电流自动均衡，若个别电芯或电池簇性能衰减，会拖累整个系统输出能力。

运维难度大：故障定位需逐级排查，且停机检修影响整体系统运行。

灵活性差：扩容需匹配PCS容量，难以分期建设。

（2）组串式架构

将电池组划分为多个较小的“组串”，每个组串配备独立的BMS和组串级PCS。各组分通过并联接入电网，系统整体通过中央控制器协调控制。适合分布式、模块化的应用场景。实际选择时需综合考虑项目规模、投资预算、电池类型、运维需求等因素。

优点：

无木桶效应：各电池簇独立运行，性能差异互不影响，系统可用容量提升5~10%。

智能运维：支持簇级精细化管理，故障电池簇可单独隔离，运维效率高。

灵活扩展：可按需增删单元，适配分期建设或容量调整需求。

缺点：

初始成本较高：PCS数量多导致设备成本上升，交流侧线缆及保护设备增加。

占地面积略大：分散布局需更多空间。

总结：

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       原文标题 : 电池储能系列：电池储能系统组成和架构简介